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Título : Análisis comparativo de energía, exergía y dimensionamiento de un ciclo Brayton con CO₂ supercrítico (S-CO₂) integrado con un sistema de almacenamiento térmico en sales fundidas
Title : S-CO2 Brayton cycle coupled with molten salts thermal storage energy, exergy and sizing comparative analysis
Autor : Teixidor López, Javier
Rodríguez Martín, Javier
Orcid: https://orcid.org/0000-0002-9315-1048
https://orcid.org/0000-0002-2579-982X
Tipo docuemento: Article
Palabras clave : DIÓXIDO DE CARBONO SUPERCRÍTICO;CICLO BRAYTON;RECEPTOR SOLAR CENTRAL;FLUIDO DE TRANSFERENCIA DE CALOR;ANÁLISIS EXEGÉTICO
Keywords : SUPERCRITICAL CARBON DIOXIDE;BRAYTON CYCLE;CENTRAL SOLAR RECEIVER;HEAT TRANSFER FLUID;EXERGY ANÁLISIS
Fecha de publicación : 15-mar-2025
Fecha de creación : 18-feb-2026
Editorial : Applied Sciences Basel
Resumen : En el contexto de los sistemas de receptor solar central, la utilización de ciclos Brayton con CO₂ supercrítico (S-CO₂), en lugar de ciclos Rankine, proporciona diversas ventajas, entre ellas una mayor eficiencia, el requerimiento de turbomaquinaria menos compleja y una reducción en el consumo de agua. Un aspecto clave en el diseño de estos sistemas es el sistema de almacenamiento térmico. El presente trabajo realiza un análisis comparativo del desempeño de un ciclo Brayton con S-CO₂ que emplea dos tipos distintos de sales fundidas —sales solares y sales cloruro (MgCl₂–KCl)— como fluido de transferencia de calor en el sistema de almacenamiento de energía térmica. El estudio adopta un enfoque energético y exergetico con el objetivo de identificar las zonas de mayor irreversibilidad y proponer mecanismos para su mitigación. Finalmente, se lleva a cabo un análisis del dimensionamiento de los diferentes componentes. La eficiencia energética global obtenida es de 22,29 % y 23,76 % para las sales solares y las sales cloruro, respectivamente. En el caso de las sales cloruro, dicha eficiencia se ve penalizada por mayores pérdidas en el receptor solar, atribuibles a la temperatura de operación más elevada. El análisis exergetico evidencia que el empleo de sales MgCl₂–KCl incrementa la destrucción de exergía en los recuperadores, reduciendo las irreversibilidades en otros componentes del sistema. Si bien el tamaño de todos los componentes disminuye al utilizar sales cloruro, el volumen del sistema de almacenamiento térmico aumenta. Estos resultados demuestran que la incorporación de sales MgCl₂–KCl mejora el desempeño de los ciclos de recompresión con S-CO₂ que operan en conjunto con un receptor solar central.
Abstract: In the context of central solar receiver systems, the utilisation of S-CO2 Brayton cycles as opposed to Rankine cycles confers a number of advantages, including enhanced efficiency, the requirement for less sophisticated turbomachinery, and a reduction in water consumption. A pivotal consideration in the design of such systems pertains to the thermal storage system. This work undertakes a comparative analysis of the performance of an S-CO2 Brayton cycle utilising two distinct types of molten salts, namely solar salts and chloride salts (MgCl2–KCl), as the heat transfer fluid on the thermal energy storage medium. The present study adopts an energetic and exergetic perspective with the objective of identifying areas of high irreversibility and proposing mechanisms to reduce them. The work is concluded with an analysis of the size of the different components. The overall energy efficiency is determined as 22.29 % and 23.76 % for solar and chloride salts, respectively. In the case of chloride salts, this efficiency is penalized by the higher losses in the solar receiver due to the higher operating temperature. The exergy analysis shows that using MgCl2–KCl salts increases exergy destruction in the recuperators, lowering irreversibilities in other components. While the sizes of all components decrease when using chloride salts, the volume of the storage system increases. These results demonstrate that the incorporation of MgCl2–KCl salts enhances the performance of S-CO2 recompression cycles operating in conjunction with a central solar receiver.
URI : https://repositorio.utn.edu.ec/handle/123456789/18926
Url del recurso: https://www.mdpi.com/2076-3417/15/6/3216
ISSN : 2076-3417
Ciudad. País: Ecuador
Grado Académico: N/A
Aparece en las colecciones: Artículos

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